Спосіб обробки плинних середовищ і індукційний нагрівач для його здійснення

Номер патенту: 75778

Опубліковано: 15.05.2006

Автори: Подольцев Олександр Дмитрович, Гаченко Максим Вікторович

Є ще 7 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб обробки плинних середовищ, що включає подачу порції або потоку плинного середовища в індукційний нагрівач, який містить бак, оснащений щонайменше одним засобом подачі-виведення плинного середовища і розташованим всередині щонайменше одним короткозамкненим електропровідним нагрівальним елементом, нагрів цього середовища на фоні дії знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки вказаного нагрівача до температури і протягом часу, які достатні для досягнення бажаних результатів, і виведення обробленого плинного середовища, який відрізняється тим, що плинне середовище подають в індукційний нагрівач, в якому щонайменше один короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент встановлений в баку з можливістю механічної вібрації в знакозмінному електромагнітному полі, і нагрівають вибране плинне середовище на фоні дії знакозмінного електромагнітного поля з одночасним накладенням механічних вібрацій з частотою, яка відповідає частоті коливань електромагнітного поля індукційної обмотки.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що його проводять в безперервному режимі в індукційному нагрівачі з проточним баком, який оснащений щонайменше одним отвором для подачі плинного середовища на обробку уздовж теплопередавальних поверхонь короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів і щонайменше одним отвором для виведення обробленого плинного середовища.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що його проводять в безперервному режимі в індукційному нагрівачі з проточним баком, який оснащений зверху щонайменше одним отвором для подачі плинного середовища на обробку уздовж теплопередавальних поверхонь короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів і знизу щонайменше одним отвором для виведення обробленого плинного середовища.

4. Індукційний нагрівач для обробки плинних середовищ, що містить замкнений магнітопровід, який включає щонайменше два стрижні і два сполучні ярма; щонайменше односекційну індукційну обмотку, яка охоплює вибраний стрижень магнітопроводу і оснащена засобом для підключення до джерела змінного струму; бак, який має щонайменше одну внутрішню стінку, яка охоплює вибраний стрижень магнітопроводу, щонайменше одну зовнішню стінку, розташовану з зазором щодо внутрішньої стінки, і торцеві стінки, які щільно перекривають зазор між вказаними внутрішньою і зовнішньою стінками, щонайменше один короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент, розміщений в порожнині бака і зв'язаний під час роботи нагрівача електромагнітним полем з щонайменше однією індукційною обмоткою, і щонайменше один засіб для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища, який відрізняється тим, що щонайменше один короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент встановлений усередині бака з можливістю механічної вібрації під дією знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки.

5. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що кожний вказаний короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент виконаний у вигляді відкритої з торців вісесиметричної оболонки.

6. Нагрівач за п. 5, який відрізняється тим, що містить щонайменше два короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи у вигляді вільноохоплюючих одна одну відкритих з торців вісесиметричних оболонок.

7. Нагрівач за п. 5 або п. 6, який відрізняється тим, що кожна вказана вісесиметрична оболонка сполучена з однією із стінок бака проникними для плинного середовища пружними опорами.

8. Нагрівач за п. 7, який відрізняється тим, що вказані вільноохоплюючі одна іншу вісесиметричні оболонки по черзі приєднані вказаними пружними опорами до протилежних торцевих стінок бака.

9. Нагрівач за п. 7 або п. 8, який відрізняється тим, що власна частота fo коливань кожної пари "короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент у вигляді вісесиметричної оболонки - пружна опора" задовольняє співвідношення

fo=(0,5-2,0)*2fc,

де fc - робоча частота джерела змінного струму для живлення індукційної обмотки.

10. Нагрівач за п. 5, який відрізняється тим, що в порожнині бака встановлена щонайменше одна опора у вигляді жорсткої проникної для оброблюваного плинного середовища підставки, яка має щонайменше один паз для вільного розміщення частини торця щонайменше однієї вказаної вісесиметричної оболонки.

11. Нагрівач за п. 10, який відрізняється тим, що містить щонайменше дві розташовані на різній висоті вказані підставки і відповідну кількість ярусів вказаних вісесиметричних оболонок, при цьому підставки нижнього ярусу встановлені на нижній стінці торця бака, а підставки кожного наступного ярусу прикріплені до внутрішньої і/або зовнішньої стінки бака і встановлені з осьовим зазором щодо вісесиметричних оболонок попереднього ярусу.

12. Нагрівач за п. 6 або п. 11, який відрізняється тим, що вказані вісесиметричні оболонки виготовлені з однакового за питомим електричним опором матеріалу і мають різну зростаючу в міру віддалення від індукційної обмотки товщину.

13. Нагрівач за п. 6 або п. 11, який відрізняється тим, що вказані вісесиметричні оболонки виготовлені з матеріалів з різним питомим електричним опором, що зменшується в міру віддалення від індукційної обмотки.

14. Нагрівач за п. 4 або п. 5, який відрізняється тим, що оснащений такими додатковими джерелами постійного магнітного поля, які вибрані з групи, що складається з постійних магнітів, які попарно закріплені поблизу протилежних торцевих стінок бака за умови, що магніти в кожній парі повернені один до одного різнойменними магнітними полюсами, і струмових обмоток, які попарно охоплюють стрижні магнітопроводу по різні сторони торцевих стінок бака і оснащені засобами зустрічного підключення до джерела постійного струму.

15. Нагрівач зап. 4, який відрізняється тим, що містить магнітопровід з трьома вертикальними стрижнями, які жорстко зв'язані спільним нижнім ярмом і спільним верхнім ярмом, трисекційну індукційну обмотку, кожна секція якої охоплює один стрижень магнітопроводу, і три окремі проточні баки, кожний з яких охоплює одну з секцій індукційної обмотки і оснащений всередині щонайменше одним таким короткозамкненим електропровідним нагрівальним елементом, який виконаний у вигляді відкритої з торців вісесиметричної оболонки, що охоплює внутрішню стінку бака і відповідну секцію індукційної обмотки.

16. Нагрівач за п. 15, який відрізняється тим, що містить спільний роздавальний колектор з нижніми вхідними патрубками для подачі у вказані баки свіжого плинного середовища на обробку і спільний збірний колектор для відведення обробленого плинного середовища з баків через верхні відвідні патрубки.

17. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що містить магнітопровід з трьома вертикальними стрижнями, які жорстко зв'язані спільним нижнім ярмом і спільним верхнім ярмом, трисекційну індукційну обмотку, кожна секція якої охоплює один стрижень магнітопроводу, один проточний бак, який має одну спільну зовнішню стінку, що охоплює всі секції індукційної обмотки, три окремі внутрішні стінки, кожна з яких охоплює одну секцію індукційної обмотки, і короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи у вигляді щонайменше трьох відкритих з торців вісесиметричних оболонок, які встановлені щонайменше в один ярус на проникних для плинного середовища пружних опорах або жорстких підставках коаксіально відповідним внутрішнім стінкам вказаного бака, а отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані відповідно в торцевих стінках вказаного бака.

18. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що містить двосекційну однофазну індукційну обмотку, секції якої встановлені з осьовим зазором навкруги одного вертикального стрижня магнітопроводу, в засобі для підключення вказаних секцій до джерела змінного струму передбачений один спільний для обох секцій вхід і два виходи через напівпровідникові діоди з різною полярністю окремо для кожної секції, бак розміщений у вказаному осьовому зазорі між торцями вказаних секцій, до внутрішньої і зовнішньої стінок бака практично паралельно торцям вказаних секцій щонайменше в два яруси прикріплені проникні для плинного середовища опорні обойми, короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи виконані у вигляді щонайменше двох плоских кілець, які практично горизонтально встановлені у вказаних обоймах з можливістю вібрацій, а отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані в діаметрально протилежних частинах зовнішньої стінки бака.

19. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що містить магнітопровід, що має верхній і нижній горизонтальні стрижні і вертикально розташовані "ліве ярмо" і "праве ярмо", однофазну індукційну обмотку і проточний горизонтальний бак, які охоплюють один горизонтальний стрижень вказаного магнітопроводу, і щонайменше два короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи у вигляді плоских кілець, які вертикально розташовані усередині бака, при цьому отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані в діаметрально протилежних верхній і нижній частинах зовнішньої стінки бака.

20. Нагрівач за п. 19, який відрізняється тим, що оснащений додатковими джерелами магнітного поля у вигляді щонайменше двох постійних магнітів, які встановлені в зазорі між зовнішньою стінкою бака і відповідним горизонтальним стрижнем магнітопроводу.

21. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що містить горизонтально розташований магнітопровід з трьома стрижнями, які жорстко зв'язані спільним "переднім ярмом" і спільним "заднім ярмом", трисекційну індукційну обмотку, кожна секція якої охоплює один стрижень магнітопроводу, проточний бак, який має одну спільну зовнішню стінку, що охоплює всі секції індукційної обмотки, і три окремі внутрішні стінки, кожна з яких охоплює одну секцію індукційної обмотки, і три групи короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів, кожний з яких виконаний у вигляді плоского кільця, при цьому кожна група містить щонайменше два вказаних кільцевих елементи, які встановлені з осьовими зазорами з можливістю вільних коливань щонайменше у вертикальному напрямі і всі разом охоплюють відповідну внутрішню стінку вказаного бака, а отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані в діаметрально протилежних верхній і нижній частинах спільної зовнішньої стінки бака.

22. Нагрівач за п. 21, який відрізняється тим, що плоскі кільця, з яких складається середня група короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів, частково розташовані в осьових зазорах між плоскими кільцями, з яких складаються крайні групи короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів.

Текст

1. Спосіб обробки плинних середовищ, що включає подачу порції або потоку плинного середовища в індукційний нагрівач, який містить бак, оснащений щонайменше одним засобом подачівиведення плинного середовища і розташованим всередині щонайменше одним короткозамкненим електропровідним нагрівальним елементом, нагрів цього середовища на фоні дії знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки вказаного нагрівача до температури і протягом часу, які достатні для досягнення бажаних результатів, і виведення обробленого плинного середовища, який відрізняється тим, що плинне середовище подають в індукційний нагрівач, в якому щонайменше один короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент встановлений в баку з можливістю механічної вібрації в знакозмінному електромагнітному полі, і нагрівають вибране плинне середовище на фоні дії знакозмінного електромагнітного поля з одночасним накладенням механічних вібрацій з частотою, яка відповідає частоті коливань електромагнітного поля індукційної обмотки. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що його проводять в безперервному режимі в індукційному нагрівачі з проточним баком, який оснащений щонайменше одним отвором для подачі плинного середовища на обробку уздовж теплопередаваль 2 (19) 1 3 75778 4 дний нагрівальний елемент виконаний у вигляді баки, кожний з яких охоплює одну з секцій індуквідкритої з торців вісесиметричної оболонки. ційної обмотки і оснащений всередині щонаймен6. Нагрівач за п. 5, який відрізняється тим, що ше одним таким короткозамкненим електропровімістить щонайменше два короткозамкнені електдним нагрівальним елементом, який виконаний у ропровідні нагрівальні елементи у вигляді вільноовигляді відкритої з торців вісесиметричної оболонхоплюючих одна одну відкритих з торців вісесимеки, що охоплює внутрішню стінку бака і відповідну тричних оболонок. секцію індукційної обмотки. 7. Нагрівач за п. 5 або п. 6, який відрізняється 16. Нагрівач за п. 15, який відрізняється тим, що тим, що кожна вказана вісесиметрична оболонка містить спільний роздавальний колектор з нижніми сполучена з однією із стінок бака проникними для вхідними патрубками для подачі у вказані баки плинного середовища пружними опорами. свіжого плинного середовища на обробку і спіль8. Нагрівач за п. 7, який відрізняється тим, що ний збірний колектор для відведення обробленого вказані вільноохоплюючі одна іншу вісесиметричні плинного середовища з баків через верхні відвідні оболонки по черзі приєднані вказаними пружними патрубки. 17. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що опорами до протилежних торцевих стінок бака. 9. Нагрівач за п. 7 або п. 8, який відрізняється містить магнітопровід з трьома вертикальними тим, що власна частота fo коливань кожної пари стрижнями, які жорстко зв'язані спільним нижнім "короткозамкнений електропровідний нагрівальний ярмом і спільним верхнім ярмом, трисекційну індуелемент у вигляді вісесиметричної оболонки кційну обмотку, кожна секція якої охоплює один пружна опора" задовольняє співвідношення стрижень магнітопроводу, один проточний бак, fo=(0,5-2,0)*2fc, який має одну спільну зовнішню стінку, що охопде fc - робоча частота джерела змінного струму лює всі секції індукційної обмотки, три окремі внудля живлення індукційної обмотки. трішні стінки, кожна з яких охоплює одну секцію 10. Нагрівач за п. 5, який відрізняється тим, що в індукційної обмотки, і короткозамкнені електроппорожнині бака встановлена щонайменше одна ровідні нагрівальні елементи у вигляді щонайменопора у вигляді жорсткої проникної для оброблюше трьох відкритих з торців вісесиметричних обованого плинного середовища підставки, яка має лонок, які встановлені щонайменше в один ярус на щонайменше один паз для вільного розміщення проникних для плинного середовища пружних частини торця щонайменше однієї вказаної вісеопорах або жорстких підставках коаксіально відпосиметричної оболонки. відним внутрішнім стінкам вказаного бака, а отво11. Нагрівач за п. 10, який відрізняється тим, що ри для подачі свіжого і виведення обробленого містить щонайменше дві розташовані на різній плинного середовища виконані відповідно в торвисоті вказані підставки і відповідну кількість яруцевих стінках вказаного бака. 18. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що сів вказаних вісесиметричних оболонок, при цьому підставки нижнього ярусу встановлені на нижній містить двосекційну однофазну індукційну обмотстінці торця бака, а підставки кожного наступного ку, секції якої встановлені з осьовим зазором наярусу прикріплені до внутрішньої і/або зовнішньої вкруги одного вертикального стрижня магнітопростінки бака і встановлені з осьовим зазором щодо воду, в засобі для підключення вказаних секцій до вісесиметричних оболонок попереднього ярусу. джерела змінного струму передбачений один спі12. Нагрівач за п. 6 або п. 11, який відрізняється льний для обох секцій вхід і два виходи через натим, що вказані вісесиметричні оболонки виготовпівпровідникові діоди з різною полярністю окремо лені з однакового за питомим електричним опором для кожної секції, бак розміщений у вказаному матеріалу і мають різну зростаючу в міру віддаосьовому зазорі між торцями вказаних секцій, до лення від індукційної обмотки товщину. внутрішньої і зовнішньої стінок бака практично 13. Нагрівач за п. 6 або п. 11, який відрізняється паралельно торцям вказаних секцій щонайменше тим, що вказані вісесиметричні оболонки виготовв два яруси прикріплені проникні для плинного лені з матеріалів з різним питомим електричним середовища опорні обойми, короткозамкнені елекопором, що зменшується в міру віддалення від тропровідні нагрівальні елементи виконані у виіндукційної обмотки. гляді щонайменше двох плоских кілець, які прак14. Нагрівач за п. 4 або п. 5, який відрізняється тично горизонтально встановлені у вказаних тим, що оснащений такими додатковими джереобоймах з можливістю вібрацій, а отвори для полами постійного магнітного поля, які вибрані з грудачі свіжого і виведення обробленого плинного пи, що складається з постійних магнітів, які попарсередовища виконані в діаметрально протилежних но закріплені поблизу протилежних торцевих частинах зовнішньої стінки бака. 19. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що стінок бака за умови, що магніти в кожній парі повернені один до одного різнойменними магнітними містить магнітопровід, що має верхній і нижній полюсами, і струмових обмоток, які попарно охопгоризонтальні стрижні і вертикально розташовані люють стрижні магнітопроводу по різні сторони "ліве ярмо" і "праве ярмо", однофазну індукційну торцевих стінок бака і оснащені засобами зустрічобмотку і проточний горизонтальний бак, які охопного підключення до джерела постійного струму. люють один горизонтальний стрижень вказаного 15. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що магнітопроводу, і щонайменше два короткозамкмістить магнітопровід з трьома вертикальними нені електропровідні нагрівальні елементи у вистрижнями, які жорстко зв'язані спільним нижнім гляді плоских кілець, які вертикально розташовані ярмом і спільним верхнім ярмом, трисекційну індуусередині бака, при цьому отвори для подачі свікційну обмотку, кожна секція якої охоплює один жого і виведення обробленого плинного середострижень магнітопроводу, і три окремі проточні 5 75778 6 вища виконані в діаметрально протилежних верхкнених електропровідних нагрівальних елементів, ній і нижній частинах зовнішньої стінки бака. кожний з яких виконаний у вигляді плоского кільця, 20. Нагрівач за п. 19, який відрізняється тим, що при цьому кожна група містить щонайменше два оснащений додатковими джерелами магнітного вказаних кільцевих елементи, які встановлені з поля у вигляді щонайменше двох постійних магніосьовими зазорами з можливістю вільних колитів, які встановлені в зазорі між зовнішньою стінвань щонайменше у вертикальному напрямі і всі кою бака і відповідним горизонтальним стрижнем разом охоплюють відповідну внутрішню стінку вкамагнітопроводу. заного бака, а отвори для подачі свіжого і виве21. Нагрівач за п. 4, який відрізняється тим, що дення обробленого плинного середовища виконані містить горизонтально розташований магнітопров діаметрально протилежних верхній і нижній часвід з трьома стрижнями, які жорстко зв'язані спільтинах спільної зовнішньої стінки бака. 22. Нагрівач за п. 21, який відрізняється тим, що ним "переднім ярмом" і спільним "заднім ярмом", трисекційну індукційну обмотку, кожна секція якої плоскі кільця, з яких складається середня група охоплює один стрижень магнітопроводу, проточкороткозамкнених електропровідних нагрівальних ний бак, який має одну спільну зовнішню стінку, елементів, частково розташовані в осьових зазощо охоплює всі секції індукційної обмотки, і три рах між плоскими кільцями, з яких складаються окремі внутрішні стінки, кожна з яких охоплює одну крайні групи короткозамкнених електропровідних секцію індукційної обмотки, і три групи короткозамнагрівальних елементів. Винахід відноситься до процесів обробки плинних середовищ і до конструкції індукційних нагрівачів для їх здійснення. Тут і далі, стосовно до винаходу, позначені: терміном «плинне середовище»: по-перше, вода з довільних природних джерел, особливо жорстка і/або забруднена патогенною мікрофлорою; по-друге, довільні рідини і гази з природними і/або штучними дисперсними (у тому числі, механічними) домішками, тобто істинні розчини і/або суспензії і/або емульсії, і по-третє, сипкі матеріали типу зерна, деревної тирси або інших дисперсних матеріалів рослинного походження, піску або інших попередньо диспергованих корисних копалин; терміном «обробка» - нагрів плинного середовища, що знаходиться в замкненому об'ємі або протікає (пересипається) через замкнений об'єм бака індукційного нагрівача, на фоні дії знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки і механічних вібрацій з частотою, яка відповідає (зокрема, кратна) частоті коливань вказаного електромагнітного поля; терміном «індукційний нагрівач» - апарат періодичної або, переважно, безперервної дії, оснащений магнітопроводом, щонайменше однією індукційною обмоткою, баком для розміщення або протікання оброблюваного плинного середовища і щонайменше одним короткозамкненим електропровідним нагрівальним елементом; терміном «короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент» - резистивний елемент, що встановлений в баку індукційного нагрівача в зоні дії знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки, слугує провідником для індукованих вихрових струмів і, під час роботи, під дією вказаного поля одночасно генерує тепло і механічно вібрує. Загальновідомо, що нагрів багатьох плинних середовищ є необхідною передумовою їх подальшого практичного застосування. Найпростіші приклади - випаровування води в парових котлах і нагрів оборотної або свіжої води відповідно в замкнених системах водяного опалювання чи в розімкнених системах гарячого водопостачання. Загальновідома і потреба в придушенні патогенної мікрофлори в різноманітних плинних середовищах, зокрема в стерилізації: води для пиття і, особливо, для медичних потреб, молока тварин (звичайно коров'ячого, рідше козиного тощо) і молочних продуктів на основі рослинної сировини типу сої, горіхів і т.д. Нагрів потрібен при підготовці обводненої нафти і гідратованого природного газу перед подачею в магістральні трубопроводи і при сушінні або іншій термообробці сипких матеріалів. Для всіх зазначених плинних середовищ характерні домішки, які можуть осідати на теплопередавальних поверхнях. Іноді випадання оcадів знижує лише ефективність нагрівачів, але не погіршує (а нерідко навіть покращує) якість нагрітого продукту, як це відбувається з водою після осідання накипу. Набагато частіше ефективність нагрівачів і якість нагрітих продуктів знижуються одночасно, наприклад при стерилізації або згущуванні молока в звичайних стерилізаторах або випарних апаратах. В цих процесах частина білків коагулює і осідає на тепло передавальних поверхнях і в трубопроводах, а харчова цінність білка, який залишається в стерилізованому молоці, через термічну денатурацію знижується тим помітніше, чим вище робоча температура. Ще складніше стерилізувати воду, що містить стійку до нагрівання мікрофлору, наприклад, спори сибіркових бацил. В цих випадках заростання тепло передавальних поверхонь осадом відбувається поволі, але на перший план виходить проблема надійності і швидкості стерилізації при якомога меншій питомій витраті енергії. На жаль, інженери дуже довго боролися або тільки з передумовами, або тільки з наслідками згаданих небажаних явищ, не втручаючись в процес нагріву як такий. Лише списки (не реферати!) 7 75778 8 публікацій, присвячених знесоленню води перед В WO 02/016783 А1 було запропоновано регукип'ятінням або видаленню накипу, термічній лювати концентрацію важко зріджуваних газів стерилізації води і рідких харчових продуктів, мо(звичайно повітря) в плинному середовищі і, тим жуть зайняти сотні сторінок. самим, змінювати швидкість схлопування Тому навіть думка про можливість термообкавітаційних пухирців (яка буде тим менша, ніж робки хімічно неоднорідних плинних середовищ вища концентрація таких газів в кавітуючій рідині). без помітного блокування тепло передавальних Відповідно, був запропонований набір засобів гаповерхонь осадами і погіршення якості термообзування і/або дегазації потоків плинних середовищ роблених плинних середовищ донедавна була перед збудженням і/або після збудження кавітації крамольною. з використанням довільного турбулізатора. Це «Світло в кінці тунелю» з'явилося з виходом дозволило підвищити надійність кавітаційних на ринок технології регульованої гідродинамічної пристроїв у вказаній вище вузькій області їх застокавітації. Вона заснована на прокачуванні потоку сування. плинного середовища через трубопровід, щонайЗрозуміло, що одночасні виділення тепла і менше одна ділянка якого оснащена механічні коливання у всьому об'ємі оброблюватурбулізатором для збудження кавітації. них плинних середовищ дуже привабливі для Схлопування кавітаційних пухирців технологів. супроводжується нагрівом плинного середовища і Але чим вище в'язкість плинних середовищ, збудженням в ньому механічних коливань перетим важче збудити в них кавітацію з метою нагріву важно в смузі звукових частот. Інтенсивність цих і механохімічної обробки домішок. Далі, механічні коливань достатня для тонкого диспергування коливання, що викликаються схлопуванням твердих або рідких домішок до рідкої основи плинкавітаційних пухирців, практично не можна регуних середовищ і помітного зменшення заростання лювати ні за амплітудою, ні за частотою навіть за стінок кавітаційних апаратів і трубопроводів осаумови управління концентрацією газів в плинних дами. середовищах (тому шум від працюючих Далі, спільна дія підвищеної температури і кавітаційних апаратів настільки сильний, що вони інтенсивних механічних коливань приводить до потребують надійної звукоізоляції, яка утрудняє їх термомеханічної деструкції не тільки технічне обслуговування і ремонт). І, нарешті, в мікроорганізмів з клітинною структурою, але й таких апаратах не можна обробляти сипкі довільних полімерів. Так, в експериментах з вигоматеріали і аерозолі, в яких кавітація неможлива. товленням і стерилізацією соєвої пасти в Тому для одночасної термічної і кавітаційних апаратах було встановлено, що при механохімічної обробки плинних середовищ певних режимах можлива глибока потрібні такі засоби, які будуть позбавлені вище термомеханохімічна деструкція рослинних білків з вказаних недоліків. виділенням сірководню (запах якого виходив від Їх основою, з погляду винахідників, можуть бракованої соєвої пасти). стати індукційні нагрівачі , активну потужність яких Інакше кажучи, нагрів на фоні механічних можна вибирати в широкому діапазоні залежно від вібрацій виявився досить універсальним засобом підлягаючих обробці об'ємів плинних середовищ і обробки різноманітних плинних середовищ і легко регулювати в інтервалі від нуля до максиістотної зміни їх фізичних і/або хімічних властивомально допустимої для конкретного нагрівача, стей і/або хімічного складу. щоб не перегрівати оброблюване плинного сереПроте кавітаційні апарати придатні для обробдовища вище наперед заданої температури. ки тільки плинних середовищ на рідкій основі, які Вже відоме застосування індукційного нагріву знаходяться під істотним надмірним (порівняно з для обробки плинних середовищ [див., наприклад: атмосферним) тиском. B.C. Чередниченко, Г.В. Снегирева и К. В. ХацевНаприклад, з WO 98/42987 відомий такий ский «Электротехнологические процессы обработпристрій, в якому для збудження кавітації в основки води в индукционних системах нагрева жидконий потік рідкого плинного середовища вводять стей»/Научний вестник Новосибирского щонайменше один збуджуючий струмінь того ж государственного технического университета, самого або іншого за хімічним складом рідкого 2003, № 1(14), Россия]. плинного середовища. В цій статті на прикладі високотемпературного На жаль, кавітаційний процес в таких пристро(до кипіння) нагрівання стандартної водопровідної ях можна регулювати тільки зміною тиску на вході води, що містить 6-7 мг.экв/кг солей жорсткості, основного і збуджуючого струменів в зону описані найближчі до пропонованих далі процесу і турбулізації. Тому застосування кавітаційних апарату: пристроїв обмежено нагрівом води для систем (1) спосіб обробки плинних середовищ, що водяного опалювання і гарячого водопостачання, включає: приготуванням, як правило, бінарних (наприклад, а) подачу порції або потоку неоднорідного за водомазутових) емульсій і диспергуванням нахімічним складом плинного середовища в бряклого насіння рослин. Але навіть для таких індукційний нагрівач, який має бак, оснащений простих процесів в кавітаційних пристроях щонайменше одним засобом подачі-виведення необхідно передбачати або контури рециркуляції плинного середовища і розташованим всередині оброблюваного плинного середовища (щоб постущонайменше одним короткозамкненим пово здрібнювати частинки домішок до необхідних електропровідним нагрівальним елементом, який, розмірів), або інтенсифікувати кавітаційний режим під час роботи нагрівача, зв'язаний (що різко знижує надійність апаратури). 9 75778 10 електромагнітним полем з щонайменше однією порушенні цієї умови накип швидко осідає навіть індукційною обмоткою, на полірованих вертикальних поверхнях. Тому у б) нагрів цього середовища на фоні дії відомому індукційному нагрівачу можна обробляти знакозмінного електромагнітного поля до темпералише плинні середовища типу ньютонівських рідин тури і протягом часу, які достатні для досягнення і у принципі неможливо обробляти сипкі бажаних результатів (зокрема, до перетворення матеріали. Суть винаходу солей жорсткості в тонкодисперсний шлам, який В основу винаходу положена задача зміною може вільно витати в обробленому плинному умов і засобів електротеплової дії на плинні сересередовищі), і довища створити такий спосіб і такий індукційний в) виведення обробленого плинного середонагрівач, які забезпечували б ефективне вища з індукційного нагрівача; та (2) індукційний перемішування оброблюваних плинних середовищ нагрівач для обробки плинних середовищ, який практично у всьому об'ємі і, тим самим, дозволили має: б істотно розширити область практичного застосу(а) замкнений магнітопровід, що включає щовання індукційних нагрівачів. найменше два стрижні і два сполучні ярма; Ця задача вирішена тим, що в способі обробки (б) зокрема, щонайменше односекційну плинних середовищ, що включає: індукційну обмотку, яка охоплює щонайменше подачу порції або потоку плинного середовиодин вибраний стрижень магнітопровода і оснаща в індукційний нагрівач, який має бак, оснащещена засобом для підключення до джерела ний щонайменше одним засобом подачізмінного струму; виведення плинного середовища і розташованим (в) переважно (хоча і не обов'язково) проточвсередині щонайменше одним короткозамкненим ний бак з довільного (зокрема, електропровідного електропровідним нагрівальним елементом, феромагнітного) матеріалу, який має: нагрів цього середовища на фоні дії щонайменше одну внутрішню стінку, яка знакозмінного електромагнітного поля до темпераохоплює вибраний стрижень магнітопровода (зоктури і протягом часу, достатніх для досягнення рема, разом з індукційною обмоткою), звичайно бажаних результатів, і одну зовнішню стінку, яка розташована з зазором виведення обробленого плинного середовищодо внутрішньої стінки, і (зокрема, верхню і нижща, згідно з винаходом плинне середовище поданю) торцеві стінки, які щільно перекривають зазор ють в індукційний нагрівач, в якому щонайменше між вказаними внутрішньою і зовнішньою стінками, один короткозамкнений електропровідний щонайменше один короткозамкнений нагрівальний елемент встановлений в баку з електропровідний нагрівальний елемент, можливістю механічної вібрації в знакозмінному розміщений в порожнині бака і зв'язаний електромагнітному полі, і електромагнітним полем, під час роботи нагрівача, нагрівають вибране плинне середовище на з щонайменше однією індукційною обмоткою; і фоні дії знакозмінного електромагнітного поля з щонайменше один засіб для подачі свіжого і одночасним накладенням механічних вібрацій з виведення обробленого плинного середовища. частотою, яка відповідає частоті коливань У цьому індукційному нагрівачу кожний коротелектромагнітного поля індукційної обмотки. козамкнений електропровідний нагрівальний елеІнтенсивна механічна вібрація забезпечує мент має вигляд кільця, що жорстко закріплене ефективне перемішування оброблюваних плинних усередині бака коаксіально його внутрішній стінці. середовищ практично у всьому об'ємі бака Для зниження вірогідності випадання накипу кожне індукційного нагрівача. Це вирівнює температурне кільце звичайно має гладку (поліровану) поверхполе, істотно ослабляє небезпеку локального ню, а бічні сторони кілець можуть бути нахилені до перегріву тих мікрошарів оброблюваних плинних горизонталі під кутом, який перевищує кут природсередовищ, які безпосередньо прилягають до тепного укосу частинок шламу в спокійному плинному ло передавальних поверхонь, і дозволяє істотно середовищі. понизити ризик появи осадів на всіх тепло передаЦя технологія націлена тільки на запобыгання вальних поверхнях і розширити технологічні осадження солей на тепло передавальних поможливості індукційних нагрівачів, а саме: верхнях при нагріві жорсткої води. обробляти будь-які, переважно легко плинні Обґрунтовування такого результату, звичайно, середовища типу низько концентрованих водних обмежені вказівкою на експериментальне розчинів солей або води, що стерилізується, підтверджений факт перетворення солей навіть в таких індукційних нагрівачах, які експлуажорсткості (під одночасним впливом нагріву і тують в періодичному режимі; знакозмінного електромагнітного поля) в тонкообробляти більш в'язкі середовища типу дисперсний шлам, здатний витати в нагрітій воді. підлягаючих пастеризації або стерилізації фруктоНа жаль, відомі електротеплові процеси вих і/або овочевих соків, молока, сиропів і т.п. пеперебігають в надтонких шарах плинного середореважно в режимі безперервного прокачування вища поблизу тепло передавальних поверхонь. через проточні баки індукційних нагрівачів і Тому блокування цих поверхонь осадами виклюобробляти плинні середовища типу сипких чено лише тоді, коли швидкість переміщення обматеріалів в режимі безперервного пересипання роблюваного плинного середовища уздовж них через проточні баки індукційних нагрівачів. перевищує деяку (різну для різних за складом і Мало того, описаний спосіб, як буде показаний в'язкістю плинних середовищ) мінімальну далі, несподівано виявився придатним для швидкість, при якій починається поверхневе швидкої і економічної стерилізації води, яка закипіння рідкої основи плинного середовища. При 11 75778 12 бруднена патогенною мікрофлорою, стійкою до короткозамкнені електропровідні нагрівальні елетривалого нагріву в автоклавах. менти у вигляді вільно охоплюючих одна іншу Перша додаткова відмінність полягає в тому, відкритих з торців осесиметричних оболонок. Це що обробку проводять в безперервному режимі в дозволяє вирівнювати механічне навантаження у індукційному нагрівачі з проточним баком, який всьому об'ємі оброблюваних плинних середовищ має щонайменше один отвір для подачі плинного навіть у випадках, коли їх в'язкість істотно середовища на обробку уздовж тепло передаперевищує в'язкість води. вальних поверхонь короткозамкнених Третє, додаткова до першої або другої електропровідних нагрівальних елементів і щовідмінність полягає в тому, що кожна вказана осенайменше один отвір для виведення обробленого симетрична оболонка сполучена з однією із стінок плинного середовища. Так бажано обробляти бака проникними для плинного середовища пружплинні середовища на рідкій основі. ними опорами. Такі опори забезпечують зручне Друга додаткова відмінність полягає в тому, кріплення осесиметричних оболонок усередині що обробку проводять в безперервному режимі в бака і достатню свободу їх механічних вібрацій під індукційному нагрівачі з проточним баком, який дією знакозмінного електромагнітного поля. має зверху щонайменше один отвір для подачі Четверта, додаткова до третьої відмінність плинного середовища на обробку уздовж теплополягає в тому, що вказані вільно охоплюючі одна передавальних поверхонь короткозамкнених іншу осесиметричні оболонки по черзі приєднані електропровідних нагрівальних елементів і знизу вказаними пружними опорами до протилежних щонайменше один отвір для виведення оброблеторцевих стінок бака. Це дозволяє встановлювати ного плинного середовища. Так бажано обробляти осесиметричні оболонки на різній висоті, а у разі сипкі матеріали. розташування вихідного патрубка поблизу Задача вирішена також тим, що в індукіндукційної обмотки забезпечити таку організацію ційному нагрівачі для обробки плинних середопотоку оброблюваного плинного середовища, коли вищ, який має: воно у міру нагріву наближається до вказаної об(а) замкнений магнітопровід, що включає щомотки і потрапляє в зону максимальної дії найменше два стрижні і два сполучні ярма; магнітного поля. (б) щонайменше односекційну індукційну обП'ята, додаткова до третьої або четвертої мотку, яка охоплює вибраний стрижень відмінність полягає в тому, що власна частота f0 магнітопровода і оснащена засобом для коливань кожної пари «короткозамкнений підключення до джерела змінного струму; електропровідний нагрівальний елемент у вигляді (в) бак, який має: осесиметричної оболонки - пружна опора» . щонайменше одну внутрішню стінку, яка задовольняє співвідношенню f0=(0,5-2,0) 2fc, де fc охоплює вибраний стрижень магнітопровода, щоробоча частота джерела змінного струму для живнайменше одну зовнішню стінку, яка розташована лення індукційної обмотки. Примусові коливання з зазором щодо внутрішньої стінки, і торцеві короткозамкнених електропровідних нагрівальних стінки, які щільно перекривають зазор між елементів з частотою, близькою до їх резонансної внутрішньою і зовнішньою стінками, частоти, додатково утрудняють осадження на тепщонайменше один короткозамкнений ло передавальних поверхнях таких домішок, які електропровідний нагрівальний елемент, спочатку були присутні в плинних середовищах розміщений в порожнині бака і зв'язаний, під час або виникли в процесі їх обробки. Це дозволяє роботи нагрівача, електромагнітним полем з щостворювати індукційні нагрівачі , які таким чином найменше однією індукційною обмоткою, і спеціалізовані на обробці певних плинних середощонайменше один засіб для подачі свіжого і вищ, що дозволяють найефективніше захищати виведення обробленого плинного середовища, тепло передавальні поверхні від осадів. згідно з винаходом Шоста, додаткова до першої відмінність щонайменше один короткозамкнений полягає в тому, що в порожнині бака встановлена електропровідний нагрівальний елемент встановщонайменше одна опора у вигляді жорсткої лений усередині бака з можливістю механічної проникної для оброблюваного плинного середовібрації під дією знакозмінного електромагнітного вища підставки, яка має щонайменше один паз поля індукційної обмотки. для вільного розміщення частини торця щонайСаме ця конструктивна відмінність в сукупності менше однієї вказаної осесиметричної оболонки. з рештою ознак забезпечує переваги, які вказані Навіть підставки у вигляді кілець забезпечують вище після короткого опису способу обробки практично вільні деформаційні переміщення плинних середовищ згідно з винаходом. вібруючих осесиметричних оболонок. Якщо ж Перша додаткова відмінність полягає в тому, підставки мають вигляд декількох розташованих що кожний вказаний короткозамкнений на рівних кутових відстанях деталей, то їх розтаелектропровідний нагрівальний елемент виконашування в баку щодо вхідного отвору неважко ний у вигляді відкритої з торців осесиметричної вибрати так, щоб мінімізувати гідравлічний опір оболонки. Це дозволяє ефективно передавати потоку оброблюваного плинного середовища. вібрацію в товщу оброблюваного плинного сереСьома, додаткова до шостої відмінність довища і перешкоджає формуванню осадів на полягає в тому, що нагрівач має щонайменше дві тепло передавальних поверхнях за всією їх плорозташовані на різній висоті вказані підставки і щею. відповідну кількість ярусів вказаних осесиметричДруга, додаткова до першої відмінність, них оболонок, при цьому підставки нижнього ярусу полягає в тому, що нагрівач має щонайменше два встановлені на нижній стінці торця бака, а 13 75778 14 підставки кожного наступного ярусу прикріплені до апарат для обробки однакових або різних за склавнутрішньої і/або зовнішньої стінки бака і дом плинних середовищ на рідкій основі. встановлені з осьовим зазором щодо осесиметДванадцята, додаткова до одинадцятої ричних оболонок попереднього ярусу. Це відмінність полягає в тому, що нагрівач має: полегшує введення осесиметричних оболонок в спільний роздавальний колектор з нижніми резонансний режим коливань і вхідними патрубками для подачі у вказані баки термомеханохімічну обробку плинних середовищ свіжого плинного середовища на обробку і під дією тепла, знакозмінного електромагнітного спільний збірний колектор для відведення обполя і інтенсивних вібрацій. робленого плинного середовища з вказаних баків Восьма і дев'ята, додаткові до другої або через верхні відвідні патрубки. сьомої відмінності полягають, відповідно, в тому, Таке трубопровідне обв'язування полегшує що вказані осесиметричні оболонки виготовлені: експлуатацію трисекційного нагрівача з окремими з однакового за питомим електричним опором баками. матеріалу і мають різну зростаючу у міру Тринадцята додаткова відмінність полягає в віддалення від індукційної обмотки товщину, або тому, що нагрівач має: з матеріалів з різним питомим електричним магнітопровід з трьома вертикальними стрижопором, що зменшується у міру віддалення від нями, які жорстко зв'язані спільним нижнім ярмом і індукційної обмотки. спільним верхнім ярмом, Це дозволяє вирівнювати потужність вихрових трисекційну індукційну обмотку, кожна секція струмів, індукованих в осесиметричних оболонках, якої охоплює один стрижень магнітопровода, розташованих на різних відстанях від індукційної один проточний бак, що має одну спільну обмотки, і, отже, вирівнювати температурне поле в зовнішню стінку, охоплюючу всі секції індукційної об'ємі бака. обмотки, і три окремі внутрішні стінки, кожна з яких Десята додаткова відмінність полягає в тому, охоплює одну секцію цієї обмотки, і що нагрівач оснащений такими додатковими джекороткозамкнені електропровідні нагрівальні релами постійного магнітного поля, які вибрані з елементи у вигляді щонайменше трьох відкритих з групи, що складається з постійних магнітів, які поторців осесиметричних оболонок, які встановлені парно закріплені поблизу протилежних торцевих щонайменше в один ярус на проникних для плинстінок бака за умові, що магніти в кожній парі ного середовища пружних опорах або жорстких звернені один до другого різнойменними підставках коаксіально відповідним внутрішнім магнітними полюсами, і струмових обмоток, які стінкам вказаного бака, а попарно охоплюють стрижні магнітопровода по отвори для подачі свіжого і виведення обробрізні сторони торцевих стінок бака і оснащені заленого плинного середовища виконані відповідно собами зустрічного підключення до джерела в торцевих стінках вказаного бака. постійного струму. Взаємодія знакозмінних вихроТаким шляхом вдається істотно зменшити вих струмів, індукованих в осесиметричних обогідравлічний опір потоку оброблюваного плинного лонках, і постійного магнітного поля: середовища і експлуатаційні витрати на його пропо-перше, істотно збільшує механічну вібрацію качування через бак. вказаних оболонок і оброблюваного плинного сеЧотирнадцята додаткова відмінність полягає в редовища, тому, що нагрівач має: по-друге, сприяє посиленню ролі магнітного двосекційну однофазну індукційну обмотку, поля у фізико-хімічних перетвореннях домішок, які секції якої встановлені з осьовим зазором навкруги містять оброблювані рідкі середовища, і одного вертикального стрижня магнітопровода, по-третє, додатково перешкоджає випаданню в засобі для підключення вказаних секцій до осадів на тепло передавальні поверхні. джерела змінного струму передбачений один Одинадцята додаткова відмінність полягає в спільний для обох секцій вхід і два виходи через тому, що нагрівач має: напівпровідникові діоди з різною полярністю окремагнітопровід з трьома вертикальними стрижмо для кожної секції, нями, які жорстко зв'язані спільним нижнім ярмом і бак розміщений у вказаному осьовому зазорі спільним верхнім ярмом між торцями вказаних секцій, трисекційну індукційну обмотку, кожна секція до внутрішньої і зовнішньої стінок бака пракякої охоплює один стрижень магнітопровода, і тично паралельно торцям вказаних секцій щонайтри окремі проточні баки, кожний з яких менше в два яруси прикріплені проникні для плинохоплює одну з секцій індукційної обмотки і оснаного середовища опорні обойми, щений всередині щонайменше одним таким короткороткозамкнені електропровідні нагрівальні козамкненим електропровідним нагрівальним елементи виконані у вигляді щонайменше двох елементом, який виконаний у вигляді відкритої з плоских кілець, які практично горизонтально торців осесиметричної оболонки, що охоплює встановлені у вказаних обоймах з можливістю внутрішню стінку бака і відповідну секцію вібрацій, а індукційної обмотки. отвори для подачі свіжого і виведення обробТакий індукційний нагрівач призначений для леного плинного середовища виконані в підключення до трифазної промислової діаметрально протилежних частинах зовнішньої електромережі змінного струму безпосередньо стінки бака. або через відповідний перетворювач частоти і Цей індукційний нагрівач найзручніший для може бути використаний як високопродуктивний стерилізації води для питних і медичних потреб. 15 75778 16 П'ятнадцята додаткова відмінність полягає в найдоцільніше при обробці плинних середовищ у тому, що нагрівач має: вигляді сипких матеріалів. магнітопровід, що має верхній і нижній Фахівцю зрозуміло, що при виборі конкретних горизонтальні стрижні і вертикально розташовані варіантів здійснення винаходу можливі довільні «ліве ярмо» і «праве ярмо», комбінації вказаних додаткових відмінностей з однофазну індукційну обмотку і проточний гоосновним винахідницьким задумом і що описані ризонтальний бак, які охоплюють один горизоннижче переважні приклади його втілення жодним тальний стрижень вказаного магнітопровода, і чином не обмежують обсяг прав. щонайменше два короткозамкнені Далі суть винаходу пояснюється докладним електропровідні нагрівальні елементи у вигляді описом різних варіантів конструкції індукційного плоских кілець, які вертикально розташовані нагрівача і процесів обробки плинних середовищ з усередині бака, посиланнями на додані креслення, де зображені при цьому отвори для подачі свіжого і вивена: дення обробленого плинного середовища виконані фіг. 1 - індукційний нагрівач з односекційною в діаметрально протилежних верхній і нижній часоднофазною індукційною обмоткою і вертикальним тинах зовнішньої стінки бака. баком і короткозамкненими нагрівальними елеТакий нагрівач придатний для обробки плинментами у вигляді відкритих з торців осесиметричних середовищ, які є сипкими матеріалами. них оболонок, які пов'язані з нижньою торцевою Шістнадцята, додаткова до п'ятнадцятої стінкою бака пружними опорами (схематичний відмінність полягає в тому, що нагрівач оснащений подовжній розріз); додатковими джерелами магнітного поля у вигляді фіг. 2 - аналогічний показаному на фіг.1 постійних магнітів, які встановлені в зазорі між індукційний нагрівач з вертикальним баком, в якозовнішньою стінкою бака і відповідним горизонму осесиметричні оболонки по черзі приєднані тальним стрижнем магнітопровода. Взаємодія пружними опорами до верхній і нижній торцевих знакозмінного індукованого струму і постійного стінок бака (схематичний подовжній розріз); магнітного поля істотно збільшує механічну фіг. 3 - індукційний нагрівач з односекційною вібрацію вказаних плоских кілець і оброблюваного однофазною індукційною обмоткою і вертикальним сипкого матеріалу, що практично виключає завибаком, в якому осесиметричні оболонки вільно сання такого матеріалу усередині бака. охоплюють одна іншу, розміщені в один ярус по Сімнадцята додаткова відмінність полягає в висоті і спираються на три підставки, встановлені тому, що нагрівач має: на нижній торцевій стінці бака (схематичний горизонтально розташований магнітопровід з подовжній розріз); трьома стрижнями, які жорстко зв'язані спільним фіг. 4 - поперечний перетин по АА нагрівача, «переднім ярмом» і спільним «заднім ярмом», показаного на фіг. 3; трисекційну індукційну обмотку, кожна секція фіг. 5 - аналогічний показаному на фіг. 3 якої охоплює один стрижень магнітопровода, індукційний нагрівач з вертикальним баком, в якопроточний бак, який має одну спільну му осесиметричні оболонки розміщені в декілька зовнішню стінку, що охоплює всі секції індукційної ярусів по висоті, в кожному ярусі вільно охоплюобмотки, і три окремі внутрішні стінки, кожна з яких ють одна іншу і спираються на підставки, охоплює одну секцію індукційної обмотки, і встановлені на нижній торцевій стінці бака для три групи короткозамкнених електропровідних нижнього ярусу і на внутрішній і/або зовнішній нагрівальних елементів, кожний з яких має вигляд стінці бака для решти ярусів (схематичний плоского кільця, при цьому кожна група містить подовжній розріз); щонайменше два вказаних кільцевих елемента, які фіг. 6 - аналогічний показаному на фіг. 3 встановлені з осьовими зазорами з можливістю індукційний нагрівач з вертикальним баком і осевільних коливань щонайменше у вертикальному симетричними оболонками різної (зростаючої у напрямі і всі разом охоплюють відповідну міру віддалення від індукційної обмотки) товщини внутрішню стінку вказаного бака, а (схематичний подовжній розріз); отвори для подачі свіжого і виведення обробфіг. 7 - аналогічний показаному на фіг. 3 леного плинного середовища виконані в індукційний нагрівач з вертикальним баком і діаметрально протилежних верхній і нижній частипостійними магнітами як додатковими джерелами нах вказаної спільної зовнішньої стінки бака. магнітного поля (схематичний подовжній розріз); Індукційний нагрівач такого типу однаково фіг. 8 - аналогічний показаному на фіг. придатний для обробки плинних середовищ на індукційний нагрівач з вертикальним баком і дорідкій основі (переважно за умови їх прокачування датковими джерелами магнітного поля у вигляді через бак знизу вверх) і сипких матеріалів (що пододаткових обмоток, що підключаються до джередаються в бак і що виводяться з бака самопливом ла постійного струму (схематичний подовжній зверху вниз). розріз); Вісімнадцята, додаткова до сімнадцятої фіг. 9 - трифазний індукційний нагрівач з трьовідмінність полягає в тому, що вказані плоскі ма односекційними індукційними обмотками, кільця, з яких складається середня група короткотрьома проточними вертикальними баками і козамкнених електропровідних нагрівальних роткозамкненими нагрівальними елементами у елементів, частково розташовані в осьових зазовигляді відкритих з торців осесиметричних оболорах між вказаними плоскими кільцями, з яких нок, яківстановлені усередині баків на підставках складаються крайні групи короткозамкнених (схематичний подовжній розріз); електропровідних нагрівальних елементів. Це 17 75778 18 фіг. 10 - те ж, що на фіг. 9, з додатковими внутрішньою і зовнішньою стінками, і як правило постійними магнітами; два засоби, наприклад два патрубки або колектор фіг. 11 - трифазний індукційний нагрівач зі для подачі свіжого і виведення обробленого плинспільним проточним вертикальним баком і коротного середовища, які на кресленнях позначені накозамкненими нагрівальними елементами у писами «Вхід» і «Вихід» (фахівцю зрозуміло, що вигляді відкритих з торців осесиметричних оболощонайменше один з таких патрубків або нок, які встановлені усередині бака на жорстких колекторів оснащений не показаним відповідним підставках коаксіальне окремим індукційним обзапірно-регулюючим елементом типу крана або моткам (схематичний подовжній розріз); вентиля для регулювання витрати плинного серефіг. 12 - індукційний нагрівач з двосекційною довища і/або для замикання бака 3 на якийсь час, однофазною індукційною обмоткою, горизонтальдостатній для обробки вибраної порції плинного ним проточним баком, який розміщений в зазорі середовища); між вказаними секціями вказаної обмотки і горищонайменше один короткозамкнений зонтальними короткозамкненими нагрівальний елемент 4, виготовлений з електропровідними нагрівальними елементами у електропровідного (магнітного або немагнітного) вигляді плоских кілець, які охоплюють вертикальматеріалу; і ний стрижень магнітопровода (схематичний щонайменше одну опору 5 для розміщення подовжній розріз); цих елементів 4 усередині бака 3 з можливістю фіг. 13 - електрична схема підключення двох механічних вібрацій під дією знакозмінного секцій однофазної індукційної обмотки з фіг. 12 до електромагнітного поля індукційної обмотки 3. джерела змінного струму; Конкретні варіанти конструкції індукційних фіг. 14 - індукційний нагрівач з односекційною нагрівачів можуть бути дуже різноманітні. однофазною індукційною обмоткою, горизонтальВ найпростішому випадку (див. фіг. 1) замкненим проточним баком, що охоплює верхній стриний магнітопровід 1 має два практично вертикальжень вертикально розташованого магнітопровода, них стрижня і два практично горизонтальних ярма. вертикальними короткозамкненими Односекційна обмотка 2 щільно охоплює один із електропровідними нагрівальними елементами у стрижнів магнітопровода 1 і оснащена довільним вигляді плоских кілець і додатковими джерелами засобом підключення до зовнішнього джерела магнітного поля у вигляді постійних магнітів (схезмінного струму. Бак 3 має коаксіальні переважно матичний подовжній розріз); циліндричні зовнішню і внутрішню стінки, щонайфіг. 15 - трифазний індукційний нагрівач з гоменше один вхід і меншій мірі один вихід у вигляді ризонтальним магнітопроводом, спільним проточнаскрізних отворів в торцевих стінках і оснащений, ним баком і вертикально розташованими короткояк правило, декількома короткозамкненими замкненими електропровідними нагрівальними нагрівальними елементами 4, кожний з яких викоелементами у вигляді плоских кілець; наний у вигляді відкритої з торців осесиметричної фіг. 16 - поперечний переріз нагрівача, покаоболонки. Ці (переважно циліндричні) оболонкові заного на фіг. 15. нагрівальні елементи 4 коаксіальне з кільцевими Найкращі варіанти реалізації винахідницького зазорами вільно охоплюють один інший і, для зазадуму безпечення можливості механічної вібрації, Індукційний нагрівач згідно з винаходом в приєднані щонайменше до однієї із стінок бака 3 будь-якому варіанті конструктивного виконання проникними для плинного середовища пружними (див. креслення, особливо фігури 1, 3, 5, 9, 12, 14 і опорами 5. 15) містить: В нагрівачі згідно з фіг. 1 всі вказані магнітопровід 1, звичайно виготовлений з оболонкові елементи 4 приєднані пружними опошихтованной електротехнічної сталі (для роботи рами 5 до нижньої стінки торця бака 3, а в переважно на промисловій частоті 50 або 60 Гц) нагрівачу згідно фіг. 2 такі елементи 4 по черзі або з відповідного фериту (для роботи на високих приєднані пружними опорами 5 до протилежних частотах, що перевищують 1 кГц) і має щонайторцевих стінок бака 3. менше два не позначених особливо стрижня і два Незалежно від порядку приєднання вказаних також не позначених особливо сполучних ярма; елементів 4 до стінок бака 3 бажано, щоб власна як правило, многовиткову щонайменше частота f0 коливань кожної пари «короткозамкнеодносекційну індукційну обмотку 2, яка розташоний електропровідний нагрівальний елемент 4 у вана на вибраному стрижні магнітопровода 1 і освигляді осесиметричної оболонки - пружна опора нащена щонайменше одним засобом підключення 5» задовольняв співвідношенню f0=(0,5-2,0).2fc, де до зовнішнього джерела змінного струму; fс - робоча частота джерела змінного струму, що бак 3, який виготовлений з електропровідного використовується для живлення індукційної обматеріалу, наприклад неіржавіючої сталі, або мотки 2. діелектричного матеріалу, наприклад термостійкої Оболонкові нагрівальні елементи 4 можуть бупластмаси типу полікарбонату або тефлону, і має ти встановлені в баках 3 в один ярус (фіг. 3) або не позначені особливо: декілька ярусів (фіг. 5) на опорах 5 у вигляді жорщонайменше одну внутрішню стінку, яка стких підставок. охоплює вибраний стрижень магнітопровода 1 Такі опори 5 можуть мати вигляд не показаних (звичайно разом з індукційною обмоткою 2), особливо на кресленнях кілець з наскрізними щонайменше одну зовнішню стінку, яка розрадіальними отворами для пропускання плинного ташована з зазором щодо внутрішньої стінки, і середовища і кільцевими пазами на опорній торцеві стінки, які щільно перекривають зазор між 19 75778 20 поверхні для вільного розміщення торців вказаних Кожний бак 3 такого нагрівача може мати елементів 4. додаткові джерела постійного магнітного поля, Але бажано виготовляти жорсткі опори 5 у наприклад, у вигляді постійних магнітів 6, як покавигляді щонайменше двох (а переважно не менше зано на фіг. 10. трьох) окремих деталей, які з боку опорної Якщо трифазний індукційний нагрівач признаповерхні мають добре видні на фігурах 3, 4 і 5 пачений для обробки в усіх баках 3 одного і того ж зи для вільного розміщення торців оболонкових плинного середовища, ці баки 3 можуть бути нагрівальних елементів 4. Це полегшує пропуск підключені (див. фігури 9 і 10): плинного середовища в зазори між стінками бака 3 до джерела свіжого плинного середовища і/або вказаними елементами 4. через не позначені особливо спільний роздавальПриродно, що жорсткі опори 5 у вигляді окрений колектор з нижніми вхідними патрубками, а мих деталей повинні бути: до споживача обробленого плинного середовстановлені на практично рівних кутових вища - через також не позначені особливо верхні відстанях одна від одної (зокрема, як на фіг. 4) і відвідні патрубки і спільний збірний колектор. прикріплені або до нижньої стінки торця бака, Трифазний індукційний нагрівач може мати якщо елементи 4 розміщені лише в один ярус (фіг. спільний проточний вертикальний бак 3 з однією 3) чи відносяться до нижнього ярусу (фіг.5), або до зовнішньою і трьома внутрішніми стінками і з отзовнішньої стінки і/або внутрішньої стінки бака 3 ворами для подачі свіжого і виведення оброблено(фіг. 5) з осьовим зазором щодо осесиметричних го плинного середовища в торцевих стінках, як оболонок попереднього ярусу, якщо передбачено показано на фіг. 11. Якщо кількість таких отворів щонайменше два яруси оболонкових нагрівальних для подачі і виведення плинного середовища буде елементів 4. більше двох, то спільний бак З може бути оснащеПри застосуванні декількох оболонкових ний вказаним вище трубопровідним нагрівальних елементів 4, коаксіально розташоваобв'язуванням. Очевидно, що короткозамкнені них на різних відстанях від індукційної обмотки 2, нагрівальні елементи 4 у вигляді відкритих з торців доцільно, щоб такі елементи 4: осесиметричних оболонок повинні бути або мали різну товщину, що зростає у міру встановлені на жорстких опорах (підставках) 5 віддалення від обмотки 2, як це показано на фіг. 6 коаксіально окремим секціям індукційної обмотки 2 для випадків застосування матеріалу з однаковим і відповідним внутрішнім стінкам спільного бака 3. питомим електричним опором, Особливості конструкції трифазного або - при однаковій товщині - були виготовлені індукційного нагрівача для обробки сипких з матеріалів з різним питомим електричним опоматеріалів, який показаний на фігурах 15 і 16, буром, що зменшується у міру віддалення від обмотдуть розглянуті далі. ки 2. А поки повернемося до опису індукційних Також доцільно, щоб в індукційному нагрівачу нагрівачів для обробки плинних середовищ на були передбачені додаткові джерела постійного рідкій основі. Особливий варіант такого нагрівача, магнітного поля. Ними можуть служити: розроблений переважно для стерилізації плинних постійні магніти 6, які попарно закріплені ззовні середовищ має (див. фіг, 12): бака 3 поблизу його протилежних торцевих стінок магнітопровід 1 з практично вертикальними за умови, що магніти 6 в кожній парі звернені один стрижнями і практично горизонтальними ярмами, до другого різнойменними магнітними полюсами двохсекційну однофазну індукційну обмотку 2, (див. фіг. 7), і секції якої 2а і 2b охоплюють один із стрижнів струмові обмотки 7, які попарно охоплюють магнітопровода 1 і розташовані з осьовим зазострижні магнітопровода 2 по різні сторони торцером, вих стінок бака 3 і оснащені не показаними особпрактично горизонтальний проточний бак, який ливо засобами зустрічного підключення до розміщений в осьовому зазорі між секціями 2а і 2b відповідного джерела постійного струму (фіг. 8). вказаної обмотки 2 і мае в діаметрально протиВисокопродуктивні індукційні нагрівачі великої лежних частинах своєї зовнішньої стінки отвори потужності (10 кВт і більш) доцільно будувати на для подачі свіжого і виведення обробленого плиноснові магнітопроводів 1 з трьома стрижнями і ного середовища, трисекційних індукційних обмоток 2, кожна секція практично горизонтальні короткозамкнені яких охоплює один стрижень магнітопровода (див. електропровідні нагрівальні елементи 4, які фігури 9, 10, 11, 15 і 16). Такі нагрівачі слід виконані у вигляді щонайменше двох плоских підключати до трифазної промислової кілець, встановлені усередині бака 3 і коаксіальне електромережі. В іншому конструкції трифазних охоплюють частину вертикального стрижня індукційний нагрівачів можуть помітно магнітопровода 1, вільну від секцій вказаної оброзрізнятися. мотки 2, і Так, на фіг. 9 показаний нагрівач, що має опори 5, які виконані у вигляді проникних для магнітопровід 1 з трьома вертикальними стрижняплинного середовища обойм, попарно прикріплені ми, які жорстко зв'язані спільними нижнім і верхнім до внутрішньої і зовнішньої стінок бака 3 параярмами. Цей нагрівач оснащений трьома окремилельно торцям вказаних секцій 2а і 2b і призначені ми проточними вертикальними баками 3 і короткодля установки з можливістю вібрацій вказаних замкненими нагрівальними елементами 4 у кільцевих елементів 4. вигляді відкритих з торців осесиметричних оболоЗасіб для підключення вказаних секцій 2а і 2b нок, які встановлені усередині баків 3 на жорстких вказаної обмотки 2 до джерела змінного струму опорах (підставках) 5. має (див. фіг. 13) один спільний для обох секцій 21 75778 22 вхід 8 і два виходи через напівпровідникові діоди 9 діаметрально протилежних верхній і нижній частиз протилежною полярністю. нах спільної зовнішньої стінки бака 3. Плоскі кільцеві короткозамкнені Кожна вказана група включає щонайменше електропровідні нагрівальні елементи 4 можуть два плоскі кільцеві нагрівальні елементи 4, які бути використані в інших, різних за конструкцією встановлені в баку 3 в ряд уподовж відповідного індукційних нагрівачах, призначених переважно стрижня магнітопровода 1 на власній опорі 5 у для обробки сипких матеріалів. Їх загальною ознавигляді циліндричної втулки (а переважно - у кою служить практично горизонтальне розташувигляді сектора такої втулки) з не позначеними вання стрижнів магнітопровода 1. особливо вертикальними пазами, глибина яких Найпростіший індукційний нагрівач такого типу перевищує максимально можливу амплітуду показаний на фіг. 14, має магнітопровід, що механічних коливань елементів 4 під дією включає верхній і нижній горизонтальні стрижні і знакозмінного електромагнітного поля відповідної вертикально розташовані «ліве ярмо» і «праве секції індукційної обмотки 2. Такі опори 5 забезпеярмо», односекційну однофазну індукційну обмотчують можливість вільних коливань кільцевих ку 2 і горизонтальний проточний бак З, які охопнагрівальних елементів 4 щонайменше у вертилюють один горизонтальний (зокрема, верхній) кальному напрямі. стрижень магнітопровода 1. Отвори для подачі Бажано, щоб плоскі кільця, з яких складається свіжого і виведення обробленого плинного сересередня група короткозамкнених електропровідних довища виконані в діаметрально протилежних нагрівальних елементів 4, були частково верхній і нижній частинах зовнішньої стінки бака 3. розташовані в осьових зазорах між плоскими Щонайменше два плоскі кільцеві нагрівальні кільцями, з яких складаються крайні групи коротелементи 4 вільно встановлені в баку 3 в ряд узкозамкнених електропровідних нагрівальних довж стрижня магнітопровода 1 на опорі 5 у елементів 4, як це показано на фігурі 16. Це вигляді циліндричної втулки (а переважно - у дозволяє скоротити габарити нагрівача. вигляді сектора такої втулки) з не позначеними Незалежно від конкретної конструкції в будьособливо вертикальними пазами, глибина яких якому працюючому індукційному нагрівачу згідно з перевищує максимально можливу амплітуду винаходом відбуваються наступні процеси: механічних коливань елементів 4 під дією кожна індукційна обмотка 2 генерує знакозмінного електромагнітного поля індукційної знакозмінне електромагнітне поле з об'ємною гусобмотки 2. тиною потужності електромагнітної енергії, яка Для посилення дії цього поля нагрівач можна визначається загальною споживаною потужністю і оснастити додатковими джерелами магнітного робочим об'ємом бака 3, поля переважно у вигляді щонайменше двох деформації електронних оболонок в атомах, з постійних магнітів 6. Вони можуть бути яких складаються оброблювані плинні середовирозташовані, як показано на фіг. 14, тобто в зазорі ща, у вказаному електромагнітному полі (що звиміж зовнішньою стінкою бака 3 і вказаним стрижчайно відображається на реакційній здатності і нем магнітопровода 1 за умови, що їх однойменні фізико-хімічних властивостях компонентів вказаполюси обернуті в один бік. Проте не виключено і них середовищ), таке розташування постійних магнітів 6, як це було передавані в оброблюване плинне середовивище описано з посиланням на фіг. 7, тобто поще механічні вібрації короткозамкнених парно ззовні бака 3 поблизу його протилежних електропровідних нагрівальних елементів 4 в такт торцевих стінок за умови, що магніти 6 в кожній з коливаннями знакозмінного електромагнітного парі звернені один до другого різнойменними поля, інтенсивність яких залежить від активної магнітними полюсами. потужності, споживаної індукційною обмоткою 2, і На фіг. 15 показаний трифазний індукційний в'язкості плинного середовища, нагрівач, який має: нагрів вказаних короткозамкнених елементів 4 горизонтально розташований магнітопровід 1 з вихровими струмами і трьома стрижнями, які жорстко зв'язані спільним практично рівномірний нагрів і також «переднім ярмом» і спільним «заднім ярмом», рівномірна термомеханохімічна обробка плинного трисекційну індукційну обмотку 2, кожна секція середовища внаслідок енергообміну (особливо, якої охоплює один стрижень вказаного теплообміну) і масопереносу в об'ємі оброблювамагнітопровода 1 і, під час роботи нагрівача, ного плинного середовища, які інтенсивно підключена до однієї з фаз трифазної промислової відбуваються навіть тоді, коли бак(и) 3 виготовлемережі змінного струму, ний(і) з діелектрика і оснащений(і) лише одним проточний бак 3, що має одну спільну короткозамкненим електропровідним нагрівальним зовнішню стінку, охоплюючу всі секції індукційної елементом 4. обмотки 2, і три окремі внутрішні стінки, кожна з Джерела магнітного поля у вигляді постійних яких охоплює одну секцію цієї обмотки 2, і магнітів 6 або струмових обмоток 7 служать дотри групи короткозамкнених електропровідних датковими (відповідно, пасивними або активними) нагрівальних елементів 4, кожний з яких має вирегуляторами вказаних процесів. гляд плоского кільця, при цьому в кожній групі Спосіб обробки плинних середовищ в вказані кільцеві елементи 4 встановлені з осьовиіндукційному нагрівачу згідно з винаходом в зами зазорами і всі разом охоплюють відповідну гальному вигляді передбачає наступні операції: внутрішню стінку вказаного бака 3, а 1) при обробці в періодичному режимі: отвори для подачі свіжого і виведення оброб1.1) подачу порції свіжого плинного середовиленого плинного середовища виконані в ща в порожнину бака 3 до рівня не нижче за верх 23 75778 24 ню кромку короткозамкнених нагрівальних К.п.д. такого нагрівача був рівний 0,93. елементів 4, Приклад 1. Обробка шахтної води. 1.2) перекриття щонайменше нижнього входу Пробу мутнуватої шахтної води об'ємом 20 л, в бак 3 (якщо обробка, наприклад сушка піску або яка мала характерне для солей заліза забарвлендеревної тирси, може бути проведена у контакті з ня і початкову мінералізацію 4,6 г/л, після хімічного атмосферою) або входу і виходу (якщо обробка, аналізу прокачували крізь описаний вище експенаприклад стерилізація води, потребує ізоляції від риментальний індукційний нагрівач з витратою 9 атмосфери), л/хв протягом 10 хв при температурі усередині 1.3) власне обробку (при сукупній дії бака 3 в інтервалі 80-85°С. електромагнітного поля, тепла і механічних Оброблену воду центрифугували при 6500 вібрацій, доповнюваних, за бажанням, дією об/хв. протягом 5 хвилин для відділення тонкодиспостійного магнітного поля) при параметрах (які персного шламу. Прозору безбарвну рідину поможна легко підібрати шляхом пробних вторно піддали хімічному аналізу. експериментів) протягом часу, достатнього для Результати зведені в таблицю 1. настання бажаного ефекту (наприклад, перетвоЯк видно з таблиці 1, спосіб згідно з винахорення солей жорсткості в нерозчинний легко дом забезпечує ефективну високопродуктивну відділюваний шлам, загибелі мікроорганізмів, дисдемінералізацію жорсткої води і тому може служипергування твердих і/або рідких домішок до частити основою промислових технологічних процесів нок необхідного розміру і т.д.), і видобування мінеральної сировини з нетрадицій1.4) видалення обробленого плинного середоних джерел. вища з бака 3 для споживання, зберігання або Приклад 2. Обробка води, зараженої патогенподальшої переробки; ною мікрофлорою. 2) при безперервній обробці: Дистильовану воду інокулювали культураль2.1) підбір шляхом пробних експериментів з ною рідиною з концентрацією біомаси патогенного вибраним плинним середовищем таких мікроорганізму Pseudomonas mendocina P-13 5 г/л параметрів, як температура його нагріву, робоча з подальшим розведенням до концентрації 105 частота індукційної обмотки 2 (і, відповідно, частоклітин/мл. та механічних вібрацій короткозамкнених Отриману клітинну суспензію обробляли в нагрівальних елементів 4), швидкості прокачуванописаному вище індукційному нагрівачі в періодиня (витрати) оброблюваного плинного середовища чному режимі в об'ємі близько 2,5 л в кожній пробі. через бак 3 і, в окремих випадках, об'ємної густини Після обробки проводили посів на живильному потужності в баку 3, і середовищі типу МПА. Колонії виявляли по яскра2.2) власне прокачування (або пересипання) вому забарвленню. Умови і результати експериоброблюваного плинного середовища через бак 3 ментів наведені в таблиці 2. з заданою швидкістю при встановлених фізичних Як видно з таблиці 2, спосіб згідно з винахопараметрах. дом забезпечує ефективну високопродуктивну Для експериментів по описаній комплексній стерилізацію води при дуже низьких робочих темобробці плинних середовищ був виготовлений пературах і тому може служити основою промипроточний індукційний нагрівач, який мав: слових технологічних процесів знезараження магнітопровід 1 з вертикально розташованими питної води і пастеризації або стерилізації текучих стрижнями, виготовлений з пластин харчових продуктів. електротехнічної сталі марки Э330 завтовшки 0,35 Поєднання нагріву, дії електромагнітного поля мм, і механічної вібрації в індукційних нагрівачах однофазну многовиткову індукційну обмотку 2 забезпечує надзвичайно широкі можливості обпотужністю 4,6 кВт, розраховану на живлення від робки довільних неоднорідних плинних середовищ промислової мережі з максимальним струмом 21 А для зміни їх фізичних і/або хімічних властивостей і хімічного складу. при cos 0,95, Індукційні нагрівачі для такої обробки можна бак 3 робочим об'ємом 3,0 л і шість короткосерійно виготовляти на наявних машинобудівних замкнених нагрівальних елементів 4 у вигляді заводах з використанням загальнодоступних коаксіальних трубчастих циліндричних оболонок, матеріалів. які були виготовлені з неіржавіючої сталі. Таблиця 1 Ефективність обробки шахтних вод Дані початкові кінцеві Показники (для концентрації - мг/л) рН SO2 4 Fe Si МІ Co СІ Na Но 3,8 7,7 3800 2200 400 15 15 5,3 0,6

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

A method for processing liquid media and an induction heater for realizing the same

Автори англійською

Podoltsev Oleksandr Dmytrovych, Hachenko Maksym Viktorovych

Назва патенту російською

Способ обработки жидких сред и индукционный нагреватель для его осуществления

Автори російською

Подольцев Александр Дмитриевич, Гаченко Максим Викторович

МПК / Мітки

МПК: C02F 1/34, C02F 1/02, F24H 1/00, A23C 3/00, H05B 6/10, C12H 1/18, C02F 1/48

Мітки: плинних, нагрівач, індукційний, обробки, здійснення, спосіб, середовищ

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/15-75778-sposib-obrobki-plinnikh-seredovishh-i-indukcijjnijj-nagrivach-dlya-jjogo-zdijjsnennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб обробки плинних середовищ і індукційний нагрівач для його здійснення</a>

Подібні патенти